DE1073249B

DE1073249B - Electromagnetically operated claw and friction disc clutch

Info

Publication number: DE1073249B
Application number: DENDAT1073249D
Authority: DE
Inventors: Fnedrichshafen Hermann Sträub und Siegfried Breyer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Publication date: 1960-01-14

Description

Elektromagnetisch betätigte Klauen-und Reibscheibenkupplung Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Klauenkupplung mit Vollsynchronisierung durch Reibscheiben.Electromagnetically operated dog and friction disc clutch The invention relates to an electromagnetically operated claw clutch with full synchronization by friction disks.

Ausschließlich mit Reibscheiben arbeitende elektromagnetisch betätigte Kupplungen besitzen einen mit einer Erregerspule oder mit mehreren Erregerspulen versehenen Magnetkörper, der einen Mitnehmerring zur Führung von Außenlamellen besitzt. Auf einer zweiten Kupplungshälfte sind die Innenlamellen -geführt. An das aus Innen- und Außenlamellen bestehende Lamellenpaket reiht sich eine den Rückschluß des magnetischen Kraftschlusses vermittelnde Ankerscheibe.Electromagnetically actuated operating exclusively with friction disks Couplings have one with an excitation coil or with several excitation coils provided magnetic body, which has a driver ring for guiding outer plates. The inner plates are guided on a second half of the coupling. To that from inside and outer disks existing disk pack is lined up with the return path of the magnetic Force-locking mediating armature disk.

Ideal wäre eine aus zwei konzentrischen magnetischen Ringen bestehende Lamelle, welche durch Stege aus unmagnetischem Werkstoff verbunden sind. In diesem Falle würde der gesamte Kraftlinienfluß durch die Ankerscheibe hindurchgehen, und jede Lamelle würde die gleiche Anziehungskraft erfahren. Durch das Vorhandensein von magnetisch leitenden Verbindungsstegen zwischen konzentrischen Ringteilen der Lamellen tritt jedoch eine teilweise Rückführung des Magnetflusses durch diese Stege ein, am stärksten in der dem Magnetkörper unmittelbar anliegenden Lamelle. Durch die an diese anschließenden Lamellen tritt nur noch ein Teil des Gesamtflusses hindurch. Dieser Teil wird in den vom Magnetkörper entfernt angeordneten Lamellen immer kleiner, so daß schließlich an der letzten Lamelle beim Anker die Anpressungskraft am geringsten ist.One consisting of two concentric magnetic rings would be ideal Lamella, which are connected by webs made of non-magnetic material. In this Fall, the entire flux of lines of force would go through the armature disk, and each lamella would experience the same attraction. By the presence of magnetically conductive connecting webs between concentric ring parts of the Lamellae, however, there is a partial return of the magnetic flux through these webs one, most strongly in the lamella directly adjacent to the magnet body. By only part of the total flow passes through the lamellae adjoining these. This part becomes smaller and smaller in the lamellas, which are arranged at a distance from the magnet body, so that finally the contact force is lowest on the last lamella at the anchor is.

Nach Durchdringung einer bestimmten Lamellenzahl ist daher eine Steigerung des Kupplungsmoments durch Erhöhen der Lamellenzahl nicht mehr möglich.After penetrating a certain number of lamellas, there is an increase the clutch torque is no longer possible by increasing the number of plates.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, außer im Magnetkörper auch im Anker eine Erregerspule unterzubringen und einen Erregerstrom von solcher Richtung hindurchzuschicken, daß die Magnetfelder von Magnetkörper und Anker sich gegenseitig verstärken. Hierdurch sollte erreicht werden, daß das übertragbare Moment gegenüber einer Kupplung mit nur einseitiger Erregung von gleicher Stärke des Gesamtflusses erhöht wird. Dabei tritt aber die Wirkung ein, daß sich das Lamellenpaket teilt: Der eine Teil der Lamellen wird zum Magnetkörper, der andere Teil zum Anker hin angezogen. Dieser Zustand dauert an, solange die Lamellen belastet sind, also während des Beschleunigungsvorgangs. Sobald der Gleichlauf erreicht ist, bewegen sich sämtliche Lamellen einschließlich des beweglichen Spulenträgers zum festen Spulenträger hin.In order to avoid this disadvantage, it has been proposed except in the magnet body also to accommodate an excitation coil in the armature and an excitation current of such Direction to send through that the magnetic fields of the magnet body and armature reinforce each other. This should achieve that the transferable moment compared to a coupling with only one-sided excitation of the same strength of the total flow is increased. In doing so, however, the effect occurs that the disk pack splits: One part of the lamellas becomes the magnet body, the other part the armature dressed. This state lasts as long as the slats are loaded, i.e. during of the acceleration process. As soon as synchronization is achieved, they all move Lamellae including the movable coil carrier towards the fixed coil carrier.

Dieser Vorgang wird beim Gegenstand vorliegender Erfindung nutzbar gemacht, indem der Magnetkörper einer aus Reibscheiben, Anker und dazwischenliegenden Klauenscheiben bestehenden Kupplung mit einer einstufigen Erregung versehen ist, durch die sowohl der Drehzahlgleichlauf hergestellt als auch die Klauenscheiben eingerückt werden und die so stark bemessen ist, daß das Einrücken der Klauenscheiben durch die während der Drehzahlangleichung auf die verschiebbaren Klauenscheiben wirkenden erhöhten Axialkräfte verzögert wird, bis Gleichlauf zwischen Antrieb und Abtrieb hergestellt ist.This process is useful in the subject matter of the present invention made by making the magnet body one of friction disks, armatures and intervening Existing clutch is provided with a single-stage excitation, through which both the speed synchronization and the claw disks are established are engaged and which is so strong that the engagement of the claw disks by the claw disks that can be moved during the speed adjustment acting increased axial forces is delayed until synchronization between drive and Downforce is established.

In einer Ausführungsform einer solchen Kupplung mit einem axial verschieblichen Anker kann der Anker die eine der Klauenscheiben bilden und ist dann mit einer der beiden Kupplungshälften drehfest verbunden. Die gegenüberliegende Kupplungsscheibe ist dann mit der anderen Kupplungshälfte drehfest verbunden. Die beiden Kupplungsscheiben bilden innerhalb des Lamellenpakets einen breiten Luftspalt und bleiben beim Einschalten der Kupplung zunächst getrennt voneinander, so lange, bis Gleichlauf zwischen treibender und getriebener Kupplungshälfte eingetreten ist. Nach Eintritt des Gleichlaufs sind die Lamellen und die Klauenscheiben von axial wirkenden Reibkräften entlastet, und das Lamellenpaket mit der Ankerscheibe schließt sich zusammen. Damit ist der Formschlußteil der Kupplung ebenfalls eingerückt, ohne daß Stöße an den Klauen auftreten. Nunmehr kann die Kupplung voll belastet werden und überträgt ein erheblich höheres Drehmoment als eine reine Reibungskupplung gleicher Abmessung.In one embodiment of such a coupling with an axially displaceable Anchor, the anchor can form one of the claw disks and is then with one of the both coupling halves non-rotatably connected. The opposite clutch disc is then non-rotatably connected to the other coupling half. The two clutch plates form a wide air gap within the lamella set and remain when switched on the clutch initially separated from each other, until synchronism between the driving and driven coupling half has occurred. After synchronization has occurred the lamellae and the claw disks are relieved of axially acting frictional forces, and the plate pack with the armature disk closes together. This is the form-locking part the clutch is also engaged without impacting the claws. Now the clutch can be fully loaded and transmits a considerably higher torque as a pure friction clutch of the same size.

Es kann auch der Anker mit einer weiteren Magnetspule versehen sein. In dieser Ausführungsform liegen die beiden Klauenscheiben im Lamellenpaket.The armature can also be provided with a further magnetic coil. In this embodiment, the two claw disks are located in the plate pack.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.The figures show exemplary embodiments of the invention.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Ausführung einer Kupplung mit axial feststehendem Magnetkörper und axial verschiebbarer Ankerscheibe, an der einer der Klauenkränze befestigt ist; Fig. 1 a zeigt die gleiche Ausführungform wie Fig. 1 in größerem Maßstab; Fig.2 zeigt eine Teilansicht der Kupplung nach Fig. 1 in Richtung des Pfeils im vergrößertem Maßstab Fig. 3 ist der Längsschnitt einer Kupplung mit beweglichem Anker, der eine weitere Magnetspule trägt. In Fig. 1 ist 1 eine Kupplungswelle, auf dessen Teil 3 ein Magnetkörper 2 aufgekeilt ist. Der Magnetkörper 2 enthält eine Magnetspule 4, welche über den Schleifring 17 Strom erhält. Auf seinem äußeren Umfang ist ein Mitnehmerring 5 befestigt, welcher Nuten mit am vorderen Teil schrägen Wänden 14 (Fig. 2) aufweist. In dem Ring 5 zugewendeten Teil der Nuten werden Außenlamellen 9 geführt. Auf der Welle 1 ist ein Zahnrad 6 mit daran befestigter Keilbuchse 8 mittels Wälzkörper 7 drehbar gelagert. Auf dem Keilbuchsenteil 8 sind Innenlamellen 10 aufgereiht. Die letzte Innenlamelle 11 trägt einen Kranz von Kupplungsklauen. Dies arbeiten mit einem Gegenkranz an der Ankerscheibe 12 zusammen. Diese wird auf dem Mitnehmerring 5 geführt und liegt im Bereich der schrägen Wände 14. Die Ankerscheibe 12 wird in Längsrichtung durch einen Federring 15 gehalten.Fig. 1 shows in longitudinal section an embodiment of a coupling with axial fixed magnet body and axially displaceable armature disk, to which one of the claw rims is attached; Fig. 1 a shows the same embodiment like FIG. 1 on a larger scale; FIG. 2 shows a partial view of the coupling according to FIG. 1 in the direction of the arrow on an enlarged scale. FIG. 3 is the longitudinal section of a Coupling with a movable armature that carries an additional magnetic coil. In Fig. 1 is 1 a coupling shaft, on the part 3 of which a magnet body 2 is keyed. Of the Magnet body 2 contains a magnet coil 4, which 17 current via the slip ring receives. On its outer circumference, a driver ring 5 is attached, which grooves having inclined walls 14 (FIG. 2) at the front part. In the ring 5 facing Outer disks 9 are guided in part of the grooves. On the shaft 1 is a gear 6 with attached wedge bushing 8 by means of rolling elements 7 rotatably mounted. On the Wedge bushing part 8 inner disks 10 are lined up. The last inner plate 11 carries a ring of clutch claws. These work with a counter rim on the armature disk 12 together. This is performed on the driver ring 5 and is in the area of inclined walls 14. The armature disk 12 is in the longitudinal direction by a spring ring 15 held.

Beim Erregen des Magnetkörpers 2 wird zunächst das Lamellenpaket 9, 10 einschließlich der Klauenscheibe 11 zum Magnetkörper 2 hin angezogen. Durch die im Bereich des Magnetkörpers 2 in den Lamellen 9 und 10 vorhandenen Stege wird ein Teil des Magnetflusses bereits über die dem Magnetkörper 2 nächstliegenden Lamellen geschlossen, welche daher als erste angezogen werden. Infolgedessen wird ein Reibmoment von der Kupplungshälfte 6, 8 auf den Magnetkörper 2 übertragen, welcher beschleunigt wird. Desgleichen wird die Ankerscheibe 12 beschleunigt. Als Folge der längs der Wände 14 auftretenden Reibkräfte zwischen Ankerscheibe 12 und Mitnehmerring 5 wird die Ankerscheibe 12 zunächst an der axialen Verschiebung gehindert, so daß die Klauenscheibe 11 und die Ankerscheibe 12 nicht miteinander in Eingriff treten können.When the magnet body 2 is excited, the disk pack 9, 10, including the claw disk 11, are attracted to the magnet body 2. Through the in the area of the magnet body 2 in the lamellae 9 and 10 webs is a Part of the magnetic flux already via the lamellae closest to the magnet body 2 closed, which are therefore the first to be attracted. As a result, a frictional torque becomes transferred from the coupling half 6, 8 to the magnet body 2, which accelerates will. The armature disk 12 is also accelerated. As a result of the along the Walls 14 occurring frictional forces between armature disk 12 and driver ring 5 is the armature disk 12 is initially prevented from axial displacement, so that the claw disk 11 and the armature disk 12 cannot engage with one another.

Die Klauenscheibe 11 ist stärker als die Lamellen 9, 10. Sie kann auch mit Ausschnitten 13 versehen sein, die kleiner sind als die Ausschnitte der Lamellen 9 und 10. Dadurch wird erreicht, daß die Klauenscheibe 11 mit Sicherheit angezogen wird.The claw disk 11 is stronger than the lamellae 9, 10. You can also be provided with cutouts 13 which are smaller than the cutouts of the Lamellae 9 and 10. This ensures that the claw disk 11 with security is attracted.

Die Reibung der Ankerscheibe 12 am Mitnehmerring 5 kann noch durch Abschrägen der Wände 14 erhöht werden.The friction of the armature disk 12 on the driver ring 5 can still through Bevelling of the walls 14 can be increased.

Sobald Gleichlauf zwischen den beiden Kupplungshälften 6, 8 und 2, 5 eingetreten ist, wird die Ankerscheibe 12 entlastet und bewegt sich nun zum Magnetkörper 2 hin. Damit sind die Klauenscheiben 11 und 12 eingerückt.As soon as synchronism between the two coupling halves 6, 8 and 2, 5 has occurred, the armature disk 12 is relieved and now moves to the magnet body 2 out. The claw disks 11 and 12 are thus engaged.

Beim Ausschalten des Stromes wird die Ankerscheibe 12 durch die Federn 16 von der Klauenscheibe 11 abgedrückt. Damit ist die Kupplung ausgerückt.When the current is switched off, the armature disk 12 is activated by the springs 16 pressed off from the claw disk 11. The clutch is now disengaged.

Es können auch Antrieb und Abtrieb vertauscht sein. Es treibt dann die Welle 1 über den Magnetkörper 2, 5 und das Lamellenpaket 9, 10 die Nabe 8 des Rades 6 an. In diesem Falle üben die Abdrückfedern 16 eine Reibkraft auf die Ankerscheibe 12 aus, solange zwischen den Kupplungshälften 2, 5 und 6; 8 ein Drehzahlunterschied besteht. Nach Herstellung des Gleichlaufs hört die Belastung der Ankerscheibe 12 auf, und sie wird an das Lamellenpaket 9, 10, 11 angezogen. Fig. 1 a zeigt die gleiche Ausführungsform wie Fig. 1 in vergrößertem Maßstab mit den gleichen Bezugsziffern. Zusätzlich zu Fig. 1 ist noch die Befestigung des Klauenkranzes 19 an der Ankerscheibe 12 dargestellt. Ein Sprengring 18 dient zur axialen Befestigung der Ankerscheibe 12 am Mitnehmerring 5.The drive and output can also be interchanged. It then drifts the shaft 1 via the magnet body 2, 5 and the disk pack 9, 10 the hub 8 of the Wheel 6. In this case, the forcing springs 16 exert a frictional force on the armature disk 12 off as long as between the coupling halves 2, 5 and 6; 8 a speed difference consists. After the synchronization has been established, the load on the armature disk 12 ceases and it is tightened to the disk pack 9, 10, 11. Fig. 1 a shows the same Embodiment like FIG. 1 on an enlarged scale with the same reference numerals. In addition to FIG. 1, there is also the attachment of the claw ring 19 to the armature disk 12 shown. A snap ring 18 is used to axially secure the armature disk 12 on the driver ring 5.

Eine derartige Kupplung kann auch mit axial feststehendem Anker und axial verschiebbarem Magnetkörper ausgeführt sein.Such a coupling can also have an axially fixed armature and be executed axially displaceable magnet body.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 3.Another exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 3.

Auf der Welle 21 ist ein Magnetkörper 22 aufgekeilt. Dieser trägt eine Magnetspule 36, welche Strom über einen Schleifring 33 erhält. Ein Zahnrad 24 mit seiner Keilnabe 30 ist - mittels einer Lagerschale 31 auf der Welle 21 frei drehbar gelagert. Der Magnetkörper 22 trägt einen Mitnehmerring 25 für die Außenlamellen 26 und 32. Innenlamellen 29 und 35 sind auf der Nabe 30 zwischen den Außenlamellen 26 und 32 aufgereiht. Im Lamellenpaket liegen zwei Klauenscheiben 27 und 28; von denen 27 mit dem Ring 25 und 28 mit der Nabe 30 drehfest verbunden ist. Am Ende des Lamellenpakets ist der Anker 23 angeordnet, der auf der Nabe 30 aufgekeilt ist. Der Anker 23 trägt eine Magnetspule 37, welche über einen Schleifring 34 Strom erhält. Zwischen den beiden Klauenscheiben 27 und 28 sind Abdrückfedern 38 eingesetzt.A magnetic body 22 is keyed onto the shaft 21. This one carries a magnetic coil 36, which receives current via a slip ring 33. A gear 24 with its splined hub 30 is free - by means of a bearing shell 31 on the shaft 21 rotatably mounted. The magnet body 22 carries a driver ring 25 for the outer disks 26 and 32. Inner discs 29 and 35 are on the hub 30 between the outer discs 26 and 32 lined up. There are two claw disks 27 and 28 in the plate pack; from which 27 is non-rotatably connected to the ring 25 and 28 to the hub 30. At the end The armature 23, which is keyed onto the hub 30, is arranged on the disk set. The armature 23 carries a magnetic coil 37 which receives electricity via a slip ring 34. Forcing springs 38 are inserted between the two claw disks 27 and 28.

In der dargestellten Leerlaufstellung der Kupplung dreht sich die Welle 21 mit Magnetkörper 22 und Außenlamellen 26, 27, 32. Abtriebszahnrad 24 mit Nabe 30 und Innenlamellen 28, 29, 35 steht still, die Klauenscheiben 27 und 28 sind außer Eingriff. Beim Erregen der Spulen 36 und 37 wird das Lamellenpaket 26, 27, 35 vom Magnetkörper 22 und das Lamellenpaket 28, 29; 32 vom Anker 23 angezogen. Durch die zwischen den anliegenden Innen-und Außenlamellen wirkenden Reibungskräfte wird das Abtriebszahnrad 24,30 der Kupplung auf die Drehzahl der Antriebshälfte beschleunigt. Dabei wirken zwischen den das Beschleunigungsmoment übertragenden Lamellen und dem Mitnehmerring 25 Reibkräfte, welche die Längsverschiebung des Lamellenpakets 28, 29 32 und des Ankers 23 so lange verhindern, wie die Beschleunigungskräfte wirksam sind. Die Magnetfeldstärke der Spulen 36 und 37 ist so bemessen, daß diese Reibkräfte nicht überwunden werden, so daß die Klauenscheiben 27, 28 während der Drehzahlangleichung getrennt bleiben. Nach Herstellen des Gleichlaufs werden die Lamellen 28, 29, 32 entlastet, so daß sie sich zusammen mit dem Anker 23 zum Magnetkörper 22 hinbewegen und die beiden Klauenscheiben 28, 29 miteinander in Eingriff treten können.In the shown idle position of the clutch, the rotates Shaft 21 with magnet body 22 and outer disks 26, 27, 32. Output gear 24 with Hub 30 and inner disks 28, 29, 35 stand still, the claw disks 27 and 28 are out of engagement. When the coils 36 and 37 are excited, the disk pack 26, 27, 35 from the magnet body 22 and the disk pack 28, 29; 32 attracted by armature 23. Due to the frictional forces acting between the adjacent inner and outer disks the output gear 24,30 of the clutch is set to the speed of the drive half accelerated. Thereby act between those transmitting the acceleration torque Lamellae and the driver ring 25 frictional forces which cause the longitudinal displacement of the lamellae pack 28, 29, 32 and the armature 23 as long as the acceleration forces are effective are. The magnetic field strength of the coils 36 and 37 is dimensioned so that these frictional forces are not overcome, so that the claw disks 27, 28 during the speed adjustment stay separate. After the synchronization has been established, the lamellae 28, 29, 32 relieved, so that they move towards the magnet body 22 together with the armature 23 and the two claw disks 28, 29 can engage with one another.

Beim Ausschalten des Stromes werden die beiden Teile des Magnetkreises durch die Federn 38 auseinandergedrückt, und auch die Klauenscheiben 27 und 28 treten außer Eingriff.When the power is switched off, the two parts of the magnetic circuit pushed apart by the springs 38, and the claw disks 27 and 28 also occur out of engagement.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electromagnetically operated claw and friction disc clutch, in which the clutch claws after the speed synchronization brought about by the friction disc clutch are engaged between the driving and driven coupling halves by a single-stage excitation of the magnet body, which both the speed synchronization and the claw clutch engages and is so strong that the The claw disks are engaged by the slidable ones during the speed adjustment Claw disks acting increased axial forces is delayed until synchronization between drive and Downforce is established.

2. Coupling according to claim 1, characterized in that the armature disk (12) is designed as a claw disk with a claw disk (11) engages.

3. Coupling according to claim 1 and 2, characterized in that that between the claw disk (11) and the armature disk (12) forcing springs (16) are present that are as far away as possible from the coupling axis in the radial direction are arranged.

4. Coupling according to claim 1, characterized in that the armature (23) is provided with a magnetic coil (37) which, like the magnetic coil (36) takes effect during the speed adjustment.

5. Coupling according to claim 1 to 4, characterized in that the armature disk (12) and the outer disks (32) are guided in grooves (14) with inclined walls. Publications considered: German utility model No. 1708 561.